КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ПОСТРОЕНИЯ СДВОЕННОГО СФЕРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ДВУУГОЛЬНЫМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Автор: С. В. Бирюков

Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie

Рубрика: Разработка приборов и систем

Статья в выпуске: 3, 2024 года.

Бесплатный доступ

В статье уделено внимание формированию чувствительных элементов сдвоенного сферического датчика напряженности электрического поля. В основе построения сдвоенного датчика лежат два двойных датчика, расположенных на одной координатной оси. Сдвоенный датчик состоит из проводящей сферы и трех пар чувствительных элементов. Чувствительные элементы являются частью сферической поверхности и образуются в результате сечения сферы двумя плоскостями, проходящими через ее центр, и плоскостью, проходящей через центр сферы перпендикулярно оси ее вращения. Плоскости рассекают сферу на шесть чувствительных элементов в форме сферических двуугольников, организованных в три диаметрально противоположные пары. В первой паре два чувствительных элемента, расположенные на одной координатной оси, являются центральными, остальные чувствительные элементы, входящие в состав двух других пар, являются боковыми. Пара центральных чувствительных элементов входит в состав первого двойного датчика. Две пары боковых чувствительных элементов, объединенных с парой центральных, образуют составные чувствительные элементы второго двойного датчика. Составленная математическая модель сдвоенного сферического датчика с чувствительными элементами в форме сферических двуугольников позволила определить лучшие угловые размеры чувствительных элементов с точки зрения получения минимальной погрешности от неоднородности поля и допустимого пространственного диапазона измерений. Установлено, что центральные чувствительные элементы сдвоенного датчика должны иметь размах угловых размеров, ограниченный продольным 201 = 62° и поперечным 201 = 180° углами, а боковые — 202 = 58° и 202 = 180° углами долготного  и широтного  углов полярной системы координат. Такое решение обеспечит сдвоенному датчику погрешности измерения напряженности поля (a)   0.7% в допустимом 0  a  0.94 пространственном диапазоне измерения.

Еще

Сдвоенный сферический датчик, двуугольный чувствительный элемент, электрическое поле, погрешность от неоднородности поля, расстояние до источника поля

Короткий адрес: https://sciup.org/142242722

IDR: 142242722   |   УДК: 621.317.628

A CONSTRUCTIVE SOLUTION FOR A DUAL SPHERICAL ELECTRIC FIELD STRENGTH DETECTOR WITH BIANGULAR SENSITIVE ELEMENTS

The article highlights the formation of sensitive elements in a dual spherical detector of electric field strength. The construction of a dual detector is based on two double detectors located on the same coordinate axis. The dual detector consists of a conductive sphere and three pairs of sensing elements. Sensitive elements are part of a spherical surface and are formed as a result of cutting the sphere by three planes passing through its center and a plane passing through the center of the sphere perpendicular to its axis of rotation. The planes dissect the sphere into six sensitive elements in the form of spherical biangles, organized into three diametrically opposite pairs. In the first pair, two sensitive elements located on the same coordinate axis are central, the remaining sensitive elements included in the other two pairs are lateral. A pair of central sensor elements is part of the first double detector. Two pairs of lateral sensitive elements, combined with a pair of central ones, form the composite sensitive elements of the second double detector. The compiled mathematical model of a dual spherical detector with sensitive elements in the form of spherical biangles made it possible to determine the best angular dimensions of the sensitive elements in terms of obtaining the minimum error due to field inhomogeneity and the permissible spatial range of measurements. It has been revealed that the central sensitive elements of the dual detector should have a range of angular dimensions limited by the longitudinal 201 = 62° and transverse 201 = 180° angles, and the lateral elements — by 202 = 58° and 202= 180° angles of the longitudinal  and latitudinal  angles of the polar coordinate system. This solution will provide the dual detector with a field strength measurement error of (a)   0.7% in the permissible 0  a  0.94 spatial measurement range.

Еще

Список литературы КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ПОСТРОЕНИЯ СДВОЕННОГО СФЕРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ДВУУГОЛЬНЫМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

  • 1. Bassen H.I., Smith G.S. Electric field probes – a review // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1983. Vol. 31, iss. 5. P. 710718. DOI: 10.1109/TAP.1983.1143126
  • 2. Берент Г.Н., Плейс И.Р. Датчик электрического поля // Приборы для научных исследований. 1971. № 6. С. 141–142.
  • 3. Misakian M., Kotter F.R., Kahler R.L. Miniature ELF Electric Field Probe // Review of scientific instruments. 1978. Vol. 49, iss. 7. P. 933–935. DOI: 10.1063/1.1135497
  • 4. Lawton R.A. New Standard of Electric Field Strength // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1970. Vol. 19, iss. 1. P. 4551. DOI: 10.1109/TIM.1970.4313855
  • 5. Бирюков С.В., Тюкина Л.В., Даньшина В.В. Устройство для измерения напряженности электрического поля со сдвоенным датчиком. Патент № 207465 U1 РФ. Опубл. 28.10.2021. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_47255890_69402749.PDF
  • 6. Бирюков С.В., Тюкина Л.В. Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля с накладными чувствительными элементами. Патент № 210427 U1 РФ. Опубл. 15.04.2022. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_47255890_69402749.PDF
  • 7. Бирюков С.В. Исследование сдвоенного сферического датчика напряженности электрического поля с накладными чувствительными элементами // Приборы. 2022. № 7 (265). С. 28–36. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49450884
  • 8. Бирюков С.В., Тюкин А.В., Тюкина Л.В. Датчики напряженности электрического поля сдвоенного типа повышенной точности // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18, № 2. С. 86–93. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48315805
  • 9. Бирюков С.В., Тюкина Л.В., Эйсмонт Н.Г. Устройство для измерения напряженности электрического поля со сдвоенным датчиком. Патент № 207464 U1 РФ. Опубл. 28.10.2021. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_47255889_72720620.PDF
  • 10. Бирюков С.В., Тюкина Л.В. Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля с составными чувствительными элементами. Патент № 210806 U1 РФ. Опубл. 05.05.2022. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_48489529_32501046.PDF
  • 11. Бирюков С.В., Тюкин А.В., Тюкина Л.В. Исследование сдвоенного сферического датчика напряженности электрического поля с составными чувствительными элементами // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18, № 5. С. 113–123. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_49606560_12320535.pdf
  • 12. Бирюков С.В., Тюкина Л.В. Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля. Патент № 211166 U1 РФ. Опубл. 24.05.2022. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_48489529_32501046.PDF
  • 13. Бирюков С.В., Тюкина Л.В. Способ измерения напряженности электрического поля датчиком сдвоенного типа. Патент № 211936 U1 РФ. Опубл. 29.06. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_49200772_49620492.PDF
  • 14. Böcker W. Messung der elektrischen Feldstärke bei hohen transienten und periodisch zeitabhängigen Spannungen //
  • Elektrotechnische Zeitschrift A. 1970. Bd. 91, 8. S. 427430.
  • 15. Бирюков C.В., Шиликов А.С. Датчик напряженности электрического поля с электродами в форме сферических многоугольников // Омский научный вестник. Омск: ОмГТУ, 2002. Вып. 18. С. 123–127. URL: https://www.omgtu.ru/general_information/media_omgtu/journal_of_omsk_research_journal/files/arhiv/2002/18%20pdf.pdf
  • 16. Бирюков С.В., Глуховеря Е.Г. Способ измерения напряженности электрического поля повышенной точности. Патент № 2733100 C1 РФ. Опубл. 29.09.2020. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_44111489_42689492.PDF
  • 17. Wilhelmy L. Eine Sonde zur potenzialfreien Messung der periodischen und transienten Feldstärke // Elektrotechnische Zeitschrift A. 1973. Bd. 94, 8. S. 441–445.
  • 18. Миролюбов Н.Н., Костенко М.В., Левинштейн М.Л. и др. Методы расчета электростатических полей. М.: Высшая школа, 1963. 415 с.
  • 19. Бирюков С.В., Тюкина Л.В. Модернизированный метод измерения напряженности электрического поля по среднему значению сдвоенными датчиками и устройства его реализации // Динамика систем, механизмов и машин. 2021. Т. 9, № 3. С. 64–72. DOI: 10.25206/2310-9793-9-3-64-72
  • 20. Бирюков С.В. Измерение напряженности электрических полей в диэлектрических средах электроиндукционными датчиками. Методы и средства измерений: монография. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 196 с.
Еще